小城镇污水处理厂处理工艺研究进展

摘要：不同国家对污水处理厂规模的划分有不同的标准。根据我国国情，小型污水处理厂规模一般小于五万吨/天，大多数位于小城镇。本文分析我国小型城镇污水特点，对适应小城镇的污水处理工艺进行比较，探讨小城镇污水处理工程及建设发展方向。

关键字：小城镇 污水 处理工艺

Abstract: Different countries and regions have different standards for the scale of small sewage treatment plants. According to the actual situation of China, small sewage treatment plants are generally smaller than 50,000 m³/d, and are generally built in small towns. This paper analyzes the characteristics of small town sewage in our country, compares the wastewater treatment process in small towns, and discusses the development direction of sewage treatment engineering and construction in small towns.

Key words: Small towns sewage Treatment process

一、前言

近年来，随着中国经济的不断发展，小型城镇的数量也不断增加。经济快速发展的同时也带来了诸多环境问题，水污染问题便是其中之一。因为小城镇的基础设施建设跟不上发展的脚步，诸多小城镇污水未处理达标就直接排放，给环境带来了巨大的危害，严重影响到人们的健康。因此，小城镇的污水处理势在必行。

二、小型城镇污水特点

小城镇污水的特点是由诸多因素决定的。

1首先是排放量小。因为小城镇的人口规模较小，一般情况下污水排放量在3000-30000m³/天。

2其次是水质特征较固定。因为小城镇大多以工农业为主，且发展水平较低。所以污水组成里大部分是生活污水，少部分工业污水也是以农产品加工废水为主。可以得出小城镇污水水质特点：N、P含量高，重金属和有毒有害物质含量少，水质和水量波动比较大，时变化系数较大。

三、小城镇污水对处理工艺的要求

针对上文小城镇污水特点及小城镇自身发展条件，所用工艺也必须具有针对性：

1针对小城镇污水时变化系数大的特点，所选工艺也必须抗冲击负荷能力要强。

2小城镇经济发展水平不高，所选工艺也应尽量造价低、管理运行费用低。

3工艺的剩余污泥要尽量少，避免二次污染，同时也减少污泥处置费。

4小城镇污水处理专业人员较少，因此工艺应简便易行，维护管理方便。^[1]

四、适用于小城镇的污水处理工艺

国内外现有的污水处理技术较多，应用到小城镇污水处理设施建设中的污水处理工艺可分为四类:一级强化处理工艺、生化处理工艺、精细生化工艺、人工强化自然工艺。

绝大多数采用的是二级生化处理工艺，其主体处理工艺类型包括氧化沟、A/A/O工艺、A/O工艺、人工湿地、CAS(CASS/CAST)工艺、曝气生物滤池（BAF）和SBR工艺，这六大类工艺覆盖了全国79.67％以上的小城镇污水处理设施的主体工艺类型。此外，用于小城镇污水处理的二级生化处理工艺的还有MBR、生物滤池、水解 AICS等工艺。

根据前文关于小城镇污水特点的叙述，限于技术人员匮乏、经济能力等因素，小城镇污水处理适用技术工艺需要具有以下特点：1工程投资少；2运行费用低；3具有一定的抗水质水量冲击能力；4运行管理、设备维护简便。

根据上述要求，初期筛选出A/O、A/A/O、氧化沟、SBR、CASS/CAST、MBR、曝气生物滤池(BAF)、生物接触氧化八种工艺作为小城镇污水处理适用技术工艺备选方案，下文将对上述八种污水处理技术工艺的原理、优缺点作简要介绍。^[2]

4.1 (厌氧好氧)工艺

A/O(Anaerobic/Oxic)工艺是厌氧区和好氧区组成的除磷工艺,其工艺流程如下：

污水与含磷回流污泥同步进入厌氧池，聚磷菌在厌氧的不利环境条件下，将菌体内的磷分解、释放，并摄取有机物。之后泥水混合液进入曝气池，在好氧条件下聚磷菌可过量吸收磷，同时污水中大部分有机物也在该池内得到氧化降解。

但是A/O工艺设备复杂、运行管理要求高,对于资金短缺和运行管理水平落后的小城镇来说不适合采用。^[3]

4.2 A/A/O工艺

A/A/O工艺由厌氧段、缺氧段和好氧段三段组成，是典型的生物除磷脱氮工艺，该工艺属于推流式前置反硝化型工艺，能够使厌氧、缺氧和好氧三段相对独立，可根据进水条件和出水要求，灵活控制三段的时空比例和运转条件，在碳源充足的条件下，具有较高的脱氮率。^[4]

其工艺流程如下图所示：

A/A/O工艺的优点：

1对COD、BOD5、SS等具有较高的去除率；

2对N、P也具有较高的去除效果；

3运行费用低。

4占地少^[5]

A/A/O工艺的缺点：

1由于二沉池的贮泥区处于厌氧或缺氧状态下，如果沉淀污泥未能及时的排出，沉淀污泥中的聚磷菌将很容易再次发生释磷现象，造成出水中磷含量超标；

2如果缺氧池（A2）的反硝化过程不够彻底，容易在二沉池中发生反硝化脱氮，造成污泥上浮，从而影响出水水质；

3脱氮与除磷环境有所冲突，同步脱氮除磷的效果难以进一步提高；

4由于A/A/O工艺配有两套回流系统，管路复杂，致使工程费用增加；

5所需构筑物较多，占地面积较大。

4.3氧化沟

氧化沟（Oxidation Dictch，简称OD），又称连续循环式反应池或”循环曝气池”。与传统工艺相比,特点是:将”池”改为”沟”。氧化沟为封闭的环状沟，由多沟串联氧化沟及二次沉淀池、污泥回流系统组成，流态具备推流式和完全混合式的双重特点,因而抗冲击负荷能力强。除此以外,氧化沟工艺还具备构造简单、操作管理简便、出水水质好、处理效率稳定等特点。从运行方式上,可分成三大类:连续工作式、交替工作式和半交替工作式。较典型的连续工作式氧化沟有卡罗塞尔（Carrouscl）氧化沟。如下图所示：

氧化沟工艺的优点：

1氧化沟污泥负荷低，曝气时间长，污泥持续处于内源代谢阶段，剩余污泥量少且稳定，一般不需要进行污泥厌氧消化处理；

2出水水质好，运行稳定、可靠性高；

3具有较好的抗冲击负荷的能力；

4对N、P也具有较高的去除效果；

5处理流程简单，操作管理方便。

氧化沟工艺的缺点：

1容易因缺氧、pH异常、水温过高或C、N、P比失衡而出现污泥膨胀；

2由于没有独立的除磷系统，脱氮除磷效果有限；

3氧的利用效率低，能耗较大，不经济。

4.4 SBR工艺

在同一容器中进水时形成厌氧(此时不曝气)、缺氧,而后停止进水,开始曝气充氧,完成脱氮除磷过程,并在同一容器中沉淀,再加上撇水器出水,完成一个程序。这种方法与以空间进行分割的连续系统有所不同,它不需要回流污泥,也无专门的厌氧、缺氧、好氧分区,而是在同一容器中,分时段实行搅拌、曝气、沉淀,形成厌氧、缺氧、好氧过程。^[6]

SBR工艺的优点：

1沉淀性能好；

2有机物去除效率高；

3提高难降解废水的处理效率；

4抑制丝状菌膨胀；

5可以除磷脱氮，不需要新增反应器；

6无二沉池，污泥不回流，流程简便。^[7]

SBR工艺的缺点：

1单个SBR池无法连续进出水，需要建设多个SBR反应池或是污水储存池才能保证SBR工艺的连续运行；

2SBR工艺自动化控制要求较高，要求自动控制系统质量好，运行可靠；

3对操作人员要求较高，要求操作人员具备一定的自动控制系统知识和电气知识。

4.5 CASS工艺

CASS（Cyclic-Activated-Sludge-System）是周期循环活性污泥法的简称。最早产生于美国，90年代初引入中国，目前，由于该工艺的高效和经济性，应用势头迅猛，受到环保部门的广泛关注和一致好评。

CASS工艺是将序批式活性污泥法(SBR)的反应池沿长度方向分为两部分，CASS池分预反应区和主反应区。前部为生物选择区也称预反应区，后部为主反应区，在主反应区后部安装了可升降的滗水装置,实现了连续进水间歇排水的周期循环运行，集曝气沉淀、排水于一体。^[8]

CASS工艺的主要优点：

1工艺流程简单、占地面积小、投资较低、运转费用低。与传统活性污泥工艺相比，建设费用可节省10%～25%，占地面积可减少20%～35%；

2CASS工艺属理想的时间顺序上的推流式反应器，生化反应推动力较大；

3CASS工艺在沉淀阶段几乎整个反应池均起沉淀作用，沉淀阶段的表面负荷比普通二次沉淀池小得多,沉淀效果较好；

4运行灵活，抗冲击能力强；

5不易发生污泥膨胀；

6适用范围广，适合分期建设；

7污泥产量低，污泥性质稳定。

CASS工艺的缺点：

1微生物种群之间的复杂关系有待研究；

2生物脱氮效率难以提高；

3除磷效率难以提高；

4控制方式较为单一。^[9]

4.6 膜生物反应器(MBR)工艺

膜生物反应器(MBR)工艺是一种将将膜组件的高效固液分离作用和生物反应器内微生物降解作用有机结合起来的污水处理新工艺。该处理工艺兼具活性污泥和膜处理的优点，能有效去除有机物和重金属，达到较高的出水标准。^[10]

膜生物反应器(MBR)工艺优点：

1构筑物结构紧凑，占地面积小；

2工艺处理效率高，出水水质好，可以从根本上解决污泥膨胀问题；

3容积负荷高，抗负荷冲击能力强；

4剩余余污泥少，减少了污泥处理工作量、处理费用；

5MBR处理系统设备化、自动化程度高。

膜生物反应器(MBR)工艺缺点：

1由于膜组件价格昂贵，导致膜生物反应器(MBR)工艺基建成本高，一次性投入资金大；

2运行过程中膜污染严重、膜清洗困难；

3由于MBR工艺需要保持较高的污水压力，不断更换坏损的膜纤维及组件，导致膜生物反应器(MBR)工艺污水处理成本较高。

4.7 曝气生物滤池（BAF）工艺

曝气生物滤池（Biological Aerated Filter，简称BAF）工艺在生物接触氧化工艺的基础上，引入给水处理中的过滤思想而产生的一种好氧生物膜污水处理处理的新工艺。^[11]

BAF工艺的运行方式是周期运行，由过滤、反冲洗两个阶段组成一个完整的运行周期。污水在经过预处理后从底部（或顶部）进入滤池，同时，通过设置在滤池底部的曝气设备进行曝气，污水和空气流处于顺流（或逆流）状态。根据进水位置以及水流方向的不同，BAF工艺可以分为上向流和下向流两种。下图是一种下向流曝气生物滤池构造示意图：

曝气生物滤池的优点：

1由于BAF结合了生物降解和滤料截留的双重去除作用，有机物、SS去除能力强、处理效果好；

2由于BAF滤池受气温影响小，因此十分适合处理寒冷地区的小城镇污水；

3耐水质水量冲击负荷能力强；

4不需二沉池，工艺流程简单，占地面积少。

曝气生物滤池的缺点：

1BAF工艺的进水一般要求进行预处理，一定程度上增加了工艺的复杂性；

2进水悬浮物浓度较大时，工艺运行周期短，反冲洗频繁；

3同步生物除磷效果不好，磷难以达标排放，一般需要采用化学除磷措施，增加了药剂的使用量；

4剩余污泥较多，污泥稳定性较差。

4.8生物接触氧化

生物接触氧化工艺又称淹没式生物滤池（Submerged Biofilm Reactor），是由生物滤池和接触曝气氧化池演变而来的一种生物膜法污水处理技术。典型的生物滤池工艺由氧化池(床或生物反应器)、填料(载体)、布水装置和曝气系统四部分组成。

生物接触氧化工艺的优点：

1处理效率高，能适应较宽范围的污水有机负荷变化，具有较强的抗水质水量冲击负荷能力；

2剩余污泥产量少且稳定，污泥处理费用低，无需污泥回流，运行费用较低；

3水力停留时间短，反应器体积小，占地面积较少；

4设备简单，操作、维修简便；

5污泥浓度高、泥龄长，对于一些较难降解的有机物具有较强的分解能力，且不易发生污泥膨胀。

生物接触氧化工艺的缺点：

1当负荷过高或者是填料较厚时，运行过程中脱落的生物膜容易造成填料堵塞；

2生物膜有时会瞬时大块脱落，影响出水水质；

3由于需要较多的填料、支撑结构，导致基建费用增加。

4.9小城镇污水处理适用技术工艺优缺点对比分析

五、结论及展望

1.随着我国水污染治理的工作重点从大中城市向小城镇乃至村镇的下移，小城镇污水处理技术的研发与应用日趋重要。

2.小城镇污水通常具有污染源分散、规模小、随机性强等特点。^[12]

3.目前我国小城镇处理厂具有资金投入不足、污水处理设施”效率不高”，运营管理能力不强、投资主体过于单一、市场化不充分等特点。^[13]

4.小城镇污水处理厂建设应当科学谋划，合理布局，因地制宜。重视设计质量，提高工艺自主创新能力和水平，做到一厂一设计。

5.投资少、占地省、环境污染小、治理效率及自动化程度高，并能与周边环境相协调的建设模式将成为我国小城镇污水处理厂建设的趋势和发展方向。^[14]

6.政府在加大资金投入的同时也应当完善政策，探索出一条适应我国城镇污水处理发展的建设运行管理模式，最终实现社会、经济、环境的和谐发展。^[15]

六、参考文献

[1]唐植成,曾世东.小城镇污水处理工艺技术的应用及发展前景[J].现代农业科技,2013(03):257-258 265.

[2]马威. 小城镇污水处理适用技术工艺的分析与评价[D].西安建筑科技大学,2013.

[3]吕臻.CASS工艺在中国西南地区小型污水处理厂的工程化应用[D].吉林大学,2010.

[4]魏鹏.江南某多产业并存型小城镇污水处理设计研究[D].苏州科技学院,2015.

[5]王敏,程温莹,陈明.小型污水处理设施适用工艺及存在问题[J].水利科技与经济,2011,17(03):56-57.

[6]Hector Monclus,Sebastia Puig,Marta Coma,Agusti Bosch,M. Dolors Balaguer,Jesus Colprim. Nitrogen removal from landfill leachate using the SBR technology[J]. Environmental Technology,2009,30(3):283-290

[7]钱宇婷. 中小城镇污水处理工艺选择的优化研究[D].西南交通大学,2017.

[8] Ying Li,Ai Jun Guo,Jing Zhou. Research of Treating High Ammonia-N Wastewater by CASS Process[J]. Advanced Materials Research,2011,1270(250):3844-3847

[9]马建强,王广卿.CASS工艺特点及优缺点分析[J].河南建材,2011(04):94-95.

[10]董亚楠,罗穆喜,李想,王洪涛,李风亭.南方地区部分污水处理工艺现状及技术分析[J].净水技术,2016,35(05):32-37 51.

[11]Hongjie Wang,Wengyi Dong,Ting Li,Tongzhou Liu. A modified BAF system configuring synergistic denitrification and chemical phosphorus precipitation: Examination on pollutants removal and clogging development[J]. Bioresource Technology,2015,189(03):44-52.

[12]王晓昌,袁宏林,赵庆良.小城镇污水处理技术的发展与实践[J].给水排水,2015,51(08):1-3 29.

[13]孙雨石.浅析我国小城镇污水处理厂建设及运营[J].城市道桥与防洪,2013(04):119-120 124 13.

[14]刘江国.小城镇污水处理厂建设存在的问题及发展趋势[J].环保科技,2017,23(02):58-60 64

[15]黄贤文,张海红,冯求宝,钟店.城镇污水处理现状分析及对策[J].绿色科技,2014(03):53-56